前沿 | 中国科学家发现细胞的“黑与白”与自我保护存在关联
► 皮肤的黑色素与细胞DNA的修复机制存在关联，图片来自vkmag.com
撰文 | 郑渊铭（中科院上海生化与细胞所）
责编 | 叶水送
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在日常生活中，毛发、皮肤、眼睛等器官的颜色绝大多数是由黑色素细胞中的黑色素来决定，这些细胞主要存在于皮肤基底层和毛囊中。它们决定着你我的肤色，同时也可抵御紫外线，保护我们的基因组。
8月22日，中科院上海生化细胞所王纲实验室在Cell Reports杂志上发表文章称，转录中介体复合物MED23亚基通过远端增强子调节转录因子MITF的表达，从而控制了黑色素细胞的颜色深浅，并调节DNA损伤修复。
► 王纲研究员实验室8月22日在Cell Reports上发表的文章，图片截自Cell Reports
王纲实验室长期研究转录中介体的分子调控及其在发育和疾病中的功能。2012年，该实验室首先发现MED23亚基在Ras活跃型癌症发生过程中起关键作用（PNAS，2012）。为进一步扩展这项研究，研究者大规模地在各种癌细胞中验证MED23的分子功能，并意外地发现：在小鼠黑色素瘤细胞B16F10细胞株中敲低MED23后，原本黑色的细胞变为白色，这引起了王纲实验室成员的极大兴趣。
研究人员通过碱裂法及电子显微镜等方法，测定了细胞的黑色素含量，发现MED23缺失的细胞中黑色素显著减少，在斑马鱼中敲低MED23也会导致其色素合成下降、鱼的皮肤斑块变淡。
以上不同的实验结果表明，MED23在体内和体外，均能调控黑色素细胞的色素生成功能。
考虑到皮肤中的黑色素细胞中产生的黑色素不仅决定着肤色，也帮助抵御紫外线、保护基因组等作用。研究人员进而探究了MED23是否也能影响DNA的损伤修复？
在利用紫外线处理黑色素瘤细胞后，研究者发现MED23的缺失，会导致DNA损伤的标志——gH2AX磷酸化水平下降，DNA损伤减少；通过RNA及蛋白质水平分析表明，敲低MED23的细胞中DNA损伤修复因子表达量上升，同时结合在染色质上的量也增加，这说明MED23缺失造成细胞DNA损伤修复能力增强，使基因组处于防卫状态，从而补偿色素合成不足，以保护基因组的稳定性。
► 不同的斑马鱼模型
通过RNA测序及生物信息学分析，研究人员发现MITF可能是MED23的下游基因，而MITF是黑色素细胞发育的关键转录因子。MITF在MED23缺失的细胞中表达量明显下调。
在MED23缺失的细胞中，如果过表达MITF可以使变白的细胞重新变黑，同时紫外线处理后的gH2AX的水平也能够恢复上调。
这些观察表明MITF可能受到MED23调控，二者共同参与黑色素生成及DNA损伤修复。
为了回答MITF如何调控MED23？研究人员通过ChIP和荧光素酶报告系统等分析手段对MITF的上游转录因子和信号通路进行分析，但失望地发现，MED23既不影响控制MITF的上游多个转录因子的表达，也不影响它们在MITF启动子区域的结合。
最后，研究人员利用H3K27ac抗体进行ChIP-seq，界定了三个MITF的潜在增强子区，并分别克隆了这三个增强子并进行荧光素酶实验，结果发现MED23能够特异调控其中一个远端的增强子的活性；利用CRISPR/Cas9基因编辑技术将该增强子删除，研究人员观测到了细胞颜色变白，且MITF的表达下降。
这些结果说明MED23的确是通过调控该远端增强子来控制MITF的表达。
► MED23共同协调控制色素合成和DNA损伤修复机理，图片截自Cell Reports
该项研究发现了MED23通过调控MITF增强子的活性来调控MITF基因表达，揭示了MED23/MITF共同协调控制色素合成和DNA损伤修复的两个重要的生物学过程，扩展了转录中介体复合物决定细胞命运的转录调控机理，也为皮肤细胞响应紫外线刺激和皮肤相关疾病提供了新的见解。
王纲实验室长期研究转录中介体复合物的分子调控及其在发育与疾病中的功能，取得一系列原创性的研究成果，相关文章发表在Mol Cell, Dev Cell, Genes & Dev, PNAS等杂志上。
相关文章
1. Min Xia, Kun Chen, Xiao Yao, Yichi Xu, Jiaying Yao, Jun Yan, Zhen Shao, and Gang Wang* Mediator subunit MED23 links pigmentation and DNA repair through the transcription factor MITF. Cell Reports. 2017; 20(8):1794-1804.
2. Xu Yang, Meng Zhao, Min Xia, Yuting Liu, Jun Yan, HongbinJi, and Gang Wang*. Selective Requirement for Mediator MED23 in Ras-active Lung Cancer. PNAS. 2012; 109(41):E2813-22.
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